Processament Digital del Senyal

Esteu aquí

Crèdits
6
Tipus
Complementària d'especialitat (Enginyeria de Computadors)
Requisits
  • Prerequisit: CI
Departament
ESAII
L'assignatura Processament Digital del Senyal forma a l'estudiant en les tècniques i eines fonamentals del processament digital del senyal, i en el maquinari necessari per a la implementació d'aquests sistemes. Un processador digital de senyals o DSP és un sistema basat en un processador o microprocessador que posseeix un joc d'instruccions, un maquinari i un programari optimitzats per a aplicacions que requereixin operacions numèriques a molt alta velocitat.

Les aplicacions més habituals dels DSP són les que requereixen un processat en temps real, com el processat d'àudio i vídeo, la instrumentació, les comunicacions, equips de diagnòstic mèdic, dispositius mòbils, televisió digital, generació/reconeixement de veu, reproductors MP3, etc.

L'avaluació de l'assignatura es farà mitjançant controls parcials, les pràctiques del laboratori i treballs en grup, podent-se aprovar l'assignatura sense haver de fer un examen final.

Professors

Responsable

  • Antoni Grau Saldes ( )

Hores setmanals

Teoria
1.3
Problemes
0.7
Laboratori
2
Aprenentatge dirigit
0.4
Aprenentatge autònom
5.6

Competències

Competències Tècniques

Competències tècniques comunes

  • CT1 - Demostrar coneixement i comprensió de fets essencials, conceptes, principis i teories relatives a la informàtica i a les seves disciplines de referència.
    • CT1.1B - Demostrar coneixement i comprensió dels conceptes fonamentals de la programació i de l'estructura bàsica d'un computador. CEFB5. Coneixement de l'estructura, funcionament i interconnexió dels sistemes informàtics, i dels fonaments de la seva programació.
    • CT1.2A - Interpretar, seleccionar i valorar conceptes, teories, usos i desenvolupaments tecnològics relacionats amb la informàtica i la seva aplicació a partir dels fonaments matemàtics, estadístics i físics necessaris. CEFB1: capacitat per a resoldre els problemes matemàtics que es plantegin en la enginyeria. Aptitud per a aplicar els coneixements sobre: àlgebra, càlcul diferencial i integral i mètodes numèrics; estadística i optimització.
    • CT1.2B - Interpretar, seleccionar i valorar conceptes, teories, usos i desenvolupaments tecnològics relacionats amb la informàtica i la seva aplicació a partir dels fonaments matemàtics, estadístics i físics necessaris. CEFB2. Capacitat per a comprendre i dominar els fonaments físics i tecnològics de la informàtica: electromagnetisme, ones, teoria de circuits, electrònica i fotònica i la seva aplicació per a la resolució de problemes propis de l'enginyeria.
    • CT1.2C - Interpretar, seleccionar i valorar conceptes, teories, usos i desenvolupaments tecnològics relacionats amb la informàtica i la seva aplicació a partir dels fonaments matemàtics, estadístics i físics necessaris. CEFB3. Capacitat per a comprendre i dominar els conceptes bàsics de matemàtica discreta, lògica, algorísmica i complexitat computacional, i la seva aplicació per al tractament automàtic de la informació mitjançant sistemes computacionals i la seva aplicació per a la resolució de problemes propis de l'enginyeria.
  • CT2 - Utilitzar d'una manera apropiada teories, procediments i eines en el desenvolupament professional de l'enginyeria informàtica en tots els seus àmbits (especificació, disseny, implementació, desplegament -implantació- i avaluació de productes) de manera que es demostri la comprensió dels compromisos adoptats a les decisions de disseny.
    • CT2.3 - Dissenyar, desenvolupar, seleccionar i avaluar aplicacions, sistemes i serveis informàtics i, al mateix temps, assegurar-ne la fiabilitat, la seguretat i la qualitat en funció de principis ètics i de la legislació i la normativa vigents.
  • CT5 - Analitzar, dissenyar, construir i mantenir aplicacions de forma robusta, segura i eficient, triant el paradigma i els llenguatges de programació més adequats.
    • CT5.5 - Usar les eines d'un entorn de desenvolupament de software per a crear i desenvolupar aplicacions.
    • CT5.6 - Demostrar coneixement i capacitat d'aplicació dels principis fonamentals i de les tècniques bàsiques de la programació paral·lela, concurrent, distribuïda i en temps real.
  • CT6 - Demostrar coneixement i comprensió del funcionament intern d'un computador i del funcionament de les comunicacions entre ordinadors.
    • CT6.2 - Demostrar coneixement, comprensió i capacitat d'avaluar l'estructura i l'arquitectura dels computadors, i els components bàsics que els componen.
  • CT7 - Avaluar i seleccionar plataformes de producció hardware i software per a l'execució d'aplicacions i de serveis informàtics.
    • CT7.2 - Avaluar sistemes hardware/software en funció d'un criteri de qualitat determinat.

Competències Transversals

ús solvent dels recursos d'informació

  • G6 - Gestionar l'adquisició, l'estructuració, l'anàlisi i la visualització de dades i d'informació de l'àmbit de l'enginyeria informàtica, i valorar de forma crítica els resultats d'aquesta gestió.
    • G6.3 - Planificar i utilitzar la informació necessària per a un treball acadèmic (per exemple, per al treball de final de grau) a partir d'una reflexió crítica sobre els recursos d'informació utilitzats. Gestionar la informació de manera competent, independent i autònoma. Avaluar la informació trobada i identificar-ne les llacunes.

Competències Tècniques de cada especialitat

Especialitat enginyeria de computadors

  • CEC1 - Dissenyar i construir sistemes digitals, incloent computadors, sistemes basats en microprocessadors i sistemes de comunicacions.
    • CEC1.1 - Dissenyar un sistema basat en microprocessador/microcontrolador.
    • CEC1.2 - Dissenyar/configurar un circuit integrat utilitzant les eines de software adients.
  • CEC2 - Analitzar i avaluar arquitectures de computadors incloent plataformes paral·leles i distribuïdes, i desenvolupar i optimitzar software per a aquestes plataformes.
    • CEC2.3 - Desenvolupar i analitzar software per a sistemes basats en microprocessadors i les seves interfícies amb usuaris i altres dispositius.
  • CEC3 - Desenvolupar i analitzar hardware i software per a sistemes encastats i/o de molt baix consum.
    • CEC3.1 - Analitzar, avaluar i seleccionar les plataformes hardware i software més adients per al suport d'aplicacions encastades i de temps real.
    • CEC3.2 - Desenvolupar processadors específics i sistemes encastats; desenvolupar i optimitzar el software d'aquests sistemes. 

Objectius

  1. Diferenciar els diferents tipus de sistemes, i definir quines són les seves característiques
    Related competences: G6.2, CT1.2B,
  2. Comprendre les característiques especifiques d'un processador DSP respecte un processador de propòsit general
    Related competences: CT6.2, CEC3.1, CT1.1B, CT1.2B,
  3. Diferenciar els diferents tipus de senyals, i definir quines són les seves característiques
    Related competences: G6.2, CT1.2B,
  4. Comprendre el significat i beneficis del processament digital del senyal (PDS), i quines són les àrees d'aplicació més habituals
    Related competences: CEC3.2, CEC3.1, G6.2, CT1.1B, CT1.2B,
  5. Comprendre el fonaments del procés de conversió analògic a digital, la interfície necessària en un sistema DSP i les limitacions inherents d'aquest procés.
    Related competences: CEC3.2, CEC1.2, CT6.2, CEC3.1,
  6. Especificar, analitzar i determinar els paràmetres bàsic d'una interfície d'entrada o sortida analògica (adquisició i reconstrucció).
    Related competences: CEC1.1, CEC1.2, CEC3.1,
  7. Conèixer i aplicar la dualitat del domini temps-freqüència del senyal. Comprendre les relacions existents entre ambdós dominis
    Related competences: CT1.2A, CT1.2C, G6.3, CT1.2B,
  8. Dominar les diverses alternatives per a la implementació de la transformada de Fourier per senyals discretes
    Related competences: CT7.2, CEC2.3, CEC3.2, CT1.2A, CT1.2C, G6.3, CT5.6, CT1.2B,
  9. Reconèixer la utilitat de les transformacions discretes en el camp del PDS, i saber aplicar aquestes tècniques
    Related competences: CT7.2, CEC2.3, CEC3.2, CT1.2A, CT1.2C, G6.3, CT5.6, CT1.2B,
  10. Utilitzar la transformada z per a la representació, anàlisi i disseny de senyals i sistemes discrets
    Related competences: CT1.2A, CT1.2C, CT1.2B,
  11. Definir les aplicacions més habituals de la transformada z en els sistemes de PDS
    Related competences: CEC2.3, CT5.6, CEC3.1, CT2.3,
  12. Conèixer i saber aplicar la tècnica de la correlació en l'àmbit del PDS
    Related competences: CEC2.3, CEC3.2, CT1.2A, CT1.2C, CEC3.1, CT2.3, CT1.2B,
  13. Conèixer els àmbits d'aplicació dels filtres en els sistemes DSP
    Related competences: CEC2.3, CEC3.2, CT1.2B,
  14. Dissenyar filtres segons els requisits de l'aplicació
    Related competences: CEC1.2, CT6.2, CT5.5, CT1.2B,
  15. Saber aplicar els filtres FIR i filtres IIR segons els requisits de l'aplicació
    Related competences: CEC2.3, CT1.2A, CEC1.2, CT1.2B,
  16. Conèixer les diferències en l'arquitectura dels DSP de coma flotant i de coma fixa
    Related competences: CT7.2, CEC2.3, CEC3.2, CT1.2A, CT1.2C, CEC1.1, CT5.6, CEC3.1, CT5.5, CT1.1B, CT1.2B,
  17. Analitzar els errors inherents en els sistemes DSP deguts a la quantificació i la resolució finita
    Related competences: CT7.2, CEC2.3, CT6.2, CEC3.1, CT1.1B, CT1.2B,
  18. Saber utilitzar els entorns de desenvolupament basats en DSP, pel ràpid desenvolupament de prototips
    Related competences: CT7.2, CEC3.1, CT5.5, CT2.3,
  19. Saber utilitzar els paquets de computació numèrica per la simulació, anàlisi i desenvolupament algorismes en l'àmbit del DSP
    Related competences: CT5.5, CT2.3, CT1.2B,
  20. Saber aplicar les tècniques del DSP en els sistemes d'àudio
    Related competences: CT7.2, CEC2.3, CEC3.2, G6.3, CEC1.1, CT5.5, CT2.3,
  21. Saber aplicar les tècniques del DSP en l'àmbit de l'imatge
    Related competences: CT7.2, CEC2.3, CEC3.2, G6.3, CEC1.1, CT5.5, CT2.3,
  22. Saber aplicar les tècniques del DSP en l'àmbit del vídeo
    Related competences: CT7.2, CEC2.3, CEC3.2, G6.3, CT5.5, CT2.3,
  23. Aplicar les tècniques de compressió de la informació (JPEG, MPEG, ...)
    Related competences: CT7.2, CEC3.2, G6.3, CT5.6, CEC3.1, CT2.3,
  24. Conèixer els components bàsics d'un sistema de processament digital del senyal
    Related competences: CEC2.3, CEC1.1, CT6.2, CT2.3,
  25. Conèixer i saber aplicar la tècnica de la convolució en l'àmbit del PDS
    Related competences: CEC2.3, CEC3.2, CT1.2A, CT1.2C, CEC3.1, CT2.3, CT1.2B,

Continguts

  1. Introducció.
    - Senyals, sistemes i processat del senyal.
    - Aplicacions del PDS
    - Operadors bàsics en el PDS
    - Arquitectura dels microprocessadors DSP
    - Estructura dels sistemes PDS
  2. Discretització de senyals.
    - Mostreig de senyals. Sinusoide mostrejada.
    - Teorema del mostreig.
    - Espectre dels senyals mostrejats.
    - Relació de freqüències continu-discret.
    - Conversió analògic a digital. Quantificacions.
    - Conversió digital a analògic. Reconstrucció.
  3. Analisi freqüèncial del senyal. Transformada de Fourier
    - Aplicacions. Equalització, filtrat i compressió d' àudio, imatges i vídeo.
    -Transformada discreta de Fourier (DFT).
    - Algorisme ràpid (FFT).
    - Transformada Inversa de Fourier
    - Altres transformades discretes (DCT,Wavelet)

  4. Transformada Z. Utilització pel processat del senyal
    - Transformada Z.
    - Transformada Inversa Z.
    - Propietats de la transformada Z.
    - Aplicacions de la transformada Z en el PDS
  5. Correlació i convolució

    - Correlació creuada i autocorrelació
    - Fast correlation.
    - Convolució. Circular. Deconvolució. Fast linear convolution.
    - Exemples d'aplicacions.
  6. Filtres digitals
    - Introducció
    - Funció de transferència.
    - Resposta impulsional.
    - Estabilitat.
    - Resposta freqüencial.
    - Estructures.
    - Criteris i procediment pel disseny de filtres digitals
    - Disseny de filtres de resposta impulsional finita
    - Disseny de filtres de resposta impulsional infinita
    - Exemples
  7. Processadors pel tractament del senyal

    - Arquitectura i tipus
    - Criteris de selecció.
    - Implementació dels algorismes en PDS de propòsit general.
    - PDS de propòsit específic.
    - Sistemes de desenvolupament pel PDS.
  8. Processat d'àudio

    Equalització
    Efectes de so
    Compressió
    Sintetitzador de so i veu
  9. Processat d'imatges i vídeo
    Formats d'imatges. Compressió
    Efectes d'imatge
    Equalització
    Compressió de vídeo

Activitats

Activitat Acte avaluatiu


Examen Final


Objectius: 4 24 2 3 1 5 6 7 8 9 10 11 12 25 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Setmana: 15 (Fora d'horari lectiu)
Tipus: examen final
Teoria
0h
Problemes
0h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
3h
Aprenentatge autònom
16h

Examen de Laboratori


Objectius: 4 24 7 8 11 12 25 14 16 17 18 19 20 21 22 23
Setmana: 15 (Fora d'horari lectiu)
Tipus: examen de laboratori
Teoria
0h
Problemes
0h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
2h
Aprenentatge autònom
6h

Examen Parcial


Objectius: 4 24 2 3 1 5 6 7 8 9 10 11 12 25
Setmana: 8
Tipus: examen de teoria
Teoria
2h
Problemes
0h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
10h

Desenvolupament del Tema 1

Participar activament en la sessió presencial. Estudi autònom dels materials propossats. Resolució dels problemes proposats. Busqueda d'informció i sistemes en que el PDS és clau.
Objectius: 4 24
Continguts:
Teoria
1.5h
Problemes
0.5h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
3h

Desenvolupament del Tema 2

Participar activament en la sessió presencial. Estudi autònom dels materials propossats. Resolució dels problemes proposats.
Objectius: 3 1 5 6
Continguts:
Teoria
1.4h
Problemes
0.6h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
2h

Desenvolupament Tema 3

Participar activament en les sessions presencials. Estudi autònom dels materials proposats. Resolució dels problemes proposats. Recerca d'informació respecte les diferents transformades discretes: concepte, propietats, implementació i aplicació en el PDS.
Objectius: 4 7 8 9 20 21 22
Continguts:
Teoria
3h
Problemes
1h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
1h
Aprenentatge autònom
4h

Desenvolupament Tema 4

Participar activament en les sessió presencial. Estudi autònom dels materials proposats. Resolució dels problemes proposats
Objectius: 10 11
Continguts:
Teoria
1.4h
Problemes
0.6h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
2h

Desenvolupament Tema 5

Participar activament en la sessió presencial. Estudi autònom dels materials proposats. Resolució dels problemes proposats
Objectius: 12 25
Continguts:
Teoria
1.4h
Problemes
0.6h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
2h

Desenvolupament Tema 6

Participar activament en les sessions presencials. Estudi autònom dels materials proposats. Resolució dels problemes proposats
Objectius: 7 13 14 15
Continguts:
Teoria
2.5h
Problemes
1.5h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
4h

Desenvolupament Tema 7

Participar activament en les sessions presencials. Estudi autònom dels materials proposats. Resolució dels problemes proposats
Objectius: 4 24 2 16 17 18 20 21
Continguts:
Teoria
2h
Problemes
2h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
3h

Desenvolupament Tema 8

Participar activament en les sessions presencials. Estudi autònom dels materials proposats. Resolució dels problemes proposats
Objectius: 4 24 17 18 19 20 23
Continguts:
Teoria
2h
Problemes
2h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
1h
Aprenentatge autònom
3h

Desenvolupament Tema 9

Participar activament en les sessions presencials. Estudi autònom dels materials proposats. Resolució dels problemes proposats
Objectius: 4 17 18 19 21 22 23
Continguts:
Teoria
2h
Problemes
2h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
1.5h
Aprenentatge autònom
4h

Pràctica 1

Lectura comprensiva de l'enunciat de la pràctica, i de la resta de materials indicats a l'enunciat. Realització de les activitats prèvies indicades a l'enunciat. Realització dels exercicis que s'han d'entregar a l'inici de la sessió de laboratori.
Objectius: 4 24 2 3 1 5 6 17 18 20
Continguts:
Teoria
0h
Problemes
0h
Laboratori
6h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
4h

Pràctica 2

Lectura comprensiva de l'enunciat de la pràctica, i de la resta de materials indicats a l'enunciat. Realització de les activitats prèvies indicades a l'enunciat. Realització dels exercicis que s'han d'entregar a l'inici de la sessió de laboratori.
Objectius: 4 24 2 7 8 9 10 11 12 25 20
Continguts:
Teoria
0h
Problemes
0h
Laboratori
6h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
6h

Pràctica 3

Lectura comprensiva de l'enunciat de la pràctica, i de la resta de materials indicats a l'enunciat. Realització de les activitats prèvies indicades a l'enunciat.
Objectius: 4 2 3 1 13 14 15 19
Continguts:
Teoria
0h
Problemes
0h
Laboratori
4h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
4h

Pràctica 4

Lectura comprensiva de l'enunciat de la pràctica, i de la resta de materials indicats a l'enunciat. Realització de les activitats prèvies indicades a l'enunciat.
Objectius: 16 17 18 19 20 23
Continguts:
Teoria
0h
Problemes
0h
Laboratori
4h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
6h

Pràctica 5

Lectura comprensiva de l'enunciat de la pràctica, i de la resta de materials indicats a l'enunciat. Realització de les activitats prèvies indicades a l'enunciat.
Objectius: 17 19 21 22 23
Continguts:
Teoria
0h
Problemes
0h
Laboratori
6h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
8h

Treball desenvolupament competències tècniques i transversals

Realització s'un treball relacionat amb el contingut de l'assignatura, on s'ha de realitzar l'èmfasi en la part de recerca bibliogràfica. L'estudiant ha d'utilitzar bases de dades de recursos d'informació avançades, saber realitzar cerques en ella, i valorar críticament les referències localitzades.
Objectius: 4 24 2 3 1 5 6 7 8 9 10 11 12 25 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Setmana: 15
Tipus: examen de problemes
Teoria
0h
Problemes
0h
Laboratori
0h
Aprenentatge dirigit
0h
Aprenentatge autònom
0h

Mètode d'avaluació

La nota de l'assignatura s'obté a partir de dos components: la nota de teoria/problemes (NT) i la nota de laboratori (NL). Les dues components tenen un pes del 50% de la nota final.

NT s'obté a partir d'un Examen Parcial (EP), que té un pes del 30% en la NT, d'un Examen Final (EF), que té un pes del 60% en la NT, i de l'avaluació de les activitats relacionades directament amb la competència transversal (ACT), que té un pes del 10% en la NT.

ACT s'obté de la realització d'un treball relacionat amb el contingut de l'assignatura, on l'estudiant buscarà informació per completar els aspectes treballats. Es fa especial atenció en allò relatiu a la qualitat de les referències utilitzades, la seva obtenció i valoració crítica, i la seva correcte citació.

La nota obtinguda a EP es pot recuperar amb EF, ja que el pes corresponent (30%) s'aplica sobre el màxim de les dues notes.
NT=max(0.30*EP+0.6*EF+0.10*ACT, 0.9*EF+0.10*ACT)

La nota de laboratori NL s'obté a partir de la mitjana de les avaluacions individuals de les pràctiques (NL1) i la nota d'un examen final de practiques (NL2). Es realitzaran 5 pràctiques avaluables durant el curs.
NL=0,5NL1+0,5NL2
La nota NL1 s'obté a partir del treball realitzat a totes les sessions de laboratori, així com per la feina de preparació que requereixen que es presenta i avalua a l'inici de les sessions de laboratori.

La fòrmula que descriu la nota final de l'assignatura és:

NOTA = 0.5*NT+ 0.5*NL on
NT=max(0.30*EP+0.6*EF+0.10*ACT, 0.9*EF+0.10*ACT)
NL=0.5*NL1+0.5*NL2


* És condició necessària per superar l'assignatura realitzar i presentar adequadament les pràctiques de laboratori.

Bibliografia

Bàsica:

Complementaria:

Capacitats prèvies

Programació en llenguatge C.
Programació en algun llenguatge ensamblador.
Coneixement del concepte de circuit electrònic, i de components electrònics.
Saber com es representen els números en un computador, i saber realitzar operacions aritmètico-lògiques.
Conèixer el funcionament i estructura del processador.
Conèixer l'arquitectura i funcionament d'un computador.
Entendre correctament documentació escrita en anglès.